Untuk jisim yang sama, serbuk mempunyai luas permukaan lebih besar daripada ketulan, maka ia bertindak balas lebih cepat, tetapi ia tidak menghasilkan lebih banyak hasil. Soalan yang menyebut “tanpa mengubah amaun” menguji pemisahan itu.
Pelajaran ini tergolong dalam kadar tindak balas. Ia menggunakan penaakulan perlanggaran daripada kesan kepekatan dan pembacaan graf daripada membaca kadar daripada graf.
Mengapakah luas permukaan penting?
Dalam tindak balas antara pepejal dengan cecair atau larutan, perlanggaran hanya boleh berlaku pada permukaan pepejal. Zarah di dalam ketulan tidak boleh bertemu bahan tindak balas lain sehingga lapisan luar habis bertindak balas.
Menghancurkan pepejal mendedahkan lebih banyak zarahnya. Lebih banyak zarah terdedah bermakna perlanggaran lebih kerap, jadi lebih banyak perlanggaran berkesan setiap saat.
Sebesar manakah perubahan luas permukaan?
Ambil kubus bersisi 2 cm. Luas permukaannya 6 × (2 × 2) = 24 cm², dan isi padunya 8 cm³.
Potong kepada lapan kubus bersisi 1 cm. Jumlah isi padu masih 8 cm³. Setiap kubus kecil mempunyai luas permukaan 6 × (1 × 1) = 6 cm², jadi lapan kubus memberi 8 × 6 = 48 cm².
Bahannya sama tetapi permukaan terdedah menjadi dua kali ganda. Serbuk sebenar dipecahkan kepada kepingan yang jauh lebih kecil, jadi pertambahannya jauh lebih besar.
Contoh berlangkah
Ini data rekaan. Dua eksperimen masing-masing menggunakan 1.0 g kalsium karbonat dengan asid hidroklorik cair berlebihan. Satu menggunakan ketulan dan satu lagi serbuk. Persamaannya:
CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂
Langkah 1, cari mol CaCO₃. Mr = 40 + 12 + (3 × 16) = 100. Mol = 1.0 ÷ 100 = 0.010 mol.
Langkah 2, guna nisbah. CaCO₃ : CO₂ ialah 1 : 1, maka 0.010 mol CO₂ terbentuk.
Langkah 3, tukar kepada isi padu. Pada suhu dan tekanan bilik, 1 mol gas menempati 24 dm³ (gunakan nilai yang diberi soalan anda). Isi padu = 0.010 × 24 = 0.24 dm³ = 240 cm³.
Langkah 4, banding. Kedua-dua eksperimen berakhir pada 240 cm³, kerana asid berlebihan dan jisim CaCO₃ sama. Lengkung serbuk naik lebih curam dan mendatar lebih awal.
Langkah 5, terangkan. Serbuk mempunyai luas permukaan lebih besar, jadi lebih banyak zarah terdedah kepada asid, perlanggaran lebih kerap dan kadar awal lebih tinggi.
Apakah kesilapan yang perlu dielakkan?
Jawapan yang salah: “Serbuk memberi lebih banyak karbon dioksida kerana lebih banyak permukaan.”
Luas permukaan hanya mengubah kadar. Amaun gas ditentukan oleh mol bahan tindak balas penghad, di sini 0.010 mol CaCO₃. Pada graf, kedua-dua garisan mesti berakhir pada ketinggian yang sama.
Kesilapan kedua ialah mengatakan zarah serbuk mempunyai lebih tenaga. Tenaga mereka tidak berubah, tetapi lebih banyak yang terdedah.
Semak kendiri
1. Kubus 3 cm dipotong kepada dua puluh tujuh kubus 1 cm. Berapa kali ganda luas permukaan keseluruhan bertambah?
Lihat jawapan
Sebelum: 6 × 9 = 54 cm². Selepas: 27 × 6 = 162 cm². 162 ÷ 54 = 3.
2. Pada graf isi padu-masa, bagaimanakah isi padu akhir serbuk dan ketulan berjisim sama dibandingkan, dan mengapa?
Lihat jawapan
Ia sama, kerana jisim bahan tindak balas penghad yang sama mengandungi bilangan mol yang sama, jadi amaun hasil yang sama terbentuk.
3. 2.0 g CaCO₃ bertindak balas dengan asid berlebihan. Apakah isi padu CO₂ pada suhu dan tekanan bilik, menggunakan 24 dm³ per mol?
Lihat jawapan
Mol = 2.0 ÷ 100 = 0.020 mol. CO₂ = 0.020 × 24 = 0.48 dm³ = 480 cm³.
Ke mana selepas ini?
Seterusnya, lihat bahan yang mengubah kadar tanpa menjadi bahan tindak balas dalam peranan mangkin. Guru mol dan nisbah persamaan ialah cara yang baik untuk menyemak semula isi padu akhir dalam soalan seperti ini.
Apabila pelajar mengetahui fakta tetapi mencampuradukkan kadar dengan amaun di bawah tekanan peperiksaan, guru boleh membantu dalam tuisyen Kimia satu dengan satu dalam talian.